Metsäalueen kuviointi laserkeilausaineiston ja soluautomaatin avulla

Samankaltaiset tiedostot
Kuvioton metsäsuunnittelu Paikkatietomarkkinat, Helsinki Tero Heinonen

MARV Metsikkökoealaharjoitus Aluepohjaiset laserpiirteet puustotunnusten selittäjinä. Ruuduille lasketut puustotunnukset:

Laserkeilauspohjaiset laskentasovellukset

Laserkeilaus (Lapin) metsävarojen hyödyntämisessä. Anssi Juujärvi Lapin metsätalouspäivät

VMI-koealatiedon ja laserkeilausaineiston yhdistäminen metsäsuunnittelua varten

Metsikön rakenteen ennustaminen 3D-kaukokartoituksella

Puustotietojen keruun tekniset vaihtoehdot, kustannustehokkuus ja tarkkuus

Riistapäivät 2015 Markus Melin Itä Suomen Yliopisto Metsätieteiden osasto

Kaukokartoitusmenetelmien hyödyntämis- mahdollisuuksista maaainesten oton valvonnassa ja seurannassa

Loppuraportti Blom Kartta Oy - Hulevesien mallintaminen kaupunkiympäristössä / KiraDIGI

Biomassatulkinta LiDARilta

Viimeistely Ajourien huomiointi puutiedoissa ja lopullinen kuviointi. Metsätehon tuloskalvosarja 5/2018 LIITE 4 Timo Melkas Kirsi Riekki Metsäteho Oy

Vaihtoehtoisia malleja puuston kokojakauman muodostamiseen

1. OHJAAMATON OPPIMINEN JA KLUSTEROINTI

Puulajitulkinta laserdatasta

1. OHJAAMATON OPPIMINEN JA KLUSTEROINTI

Kaukokartoitustiedon käyttö LUKE:ssa

Paikkatietoa metsäbiomassan määrästä tarvitaan

Metsien kaukokartoitus ja avoimet aineistot

Kumisaappaista koneoppimiseen

Laserkeilauksella kattavaa tietoa kaupunkimetsistä

Kuvioton metsäsuunnittelu

Drone-kuvausten käyttökelpoisuudesta metsäkeskuksen toiminnassa Maaseutu 2.0 loppuseminaari

Rautatiekasvillisuudenhallinta laserkeilauksen avulla

Tiheäpulssinen ja monikanavainen laserkeilausaineisto puulajeittaisessa inventoinnissa

Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa

Earth Observation activities in University of Eastern Finland

Ympäristön aktiivinen kaukokartoitus laserkeilaimella: tutkittua ja tulevaisuutta

Algoritmi I kuvioiden ja niille johtavien ajourien erottelu. Metsätehon tuloskalvosarja 7a/2018 LIITE 1 Timo Melkas Kirsi Riekki Metsäteho Oy

Teledyne Optech Titan -monikanavalaser ja sen sovellusmahdollisuudet

LASERKEILAUS JA UUSI VALTAKUNNALLINEN KORKEUSMALLI-SEMINAARI Laserkeilausaineistojen sovelluksista

TIHEÄPULSSISEN LASERAINEISTON VERTAILUTESTI

METSÄSUUNNITTELU. Metsäkurssi JKL yo 2014 syksy. Petri Kilpinen, Metsäkeskus, Keski-Suomi

Maastokartta pistepilvenä Harri Kaartinen, Maanmittauspäivät

Maanmittauslaitoksen uusi valtakunnallinen korkeusmalli laserkeilaamalla

LAS-TIEDOSTON SISÄLTÖ LIITE 2/1

Segmentoinnin vertailu harva- ja tiheäpulssisella laserkeilausaineistolla

Kaukokartoitusaineistot ja maanpeite

Metsäkeilauksista suunnistuskarttoja?

Laserkeilauksen hyödyntäminen metsätaloudellisissa

Metsäkoneiden sensoritekniikka kehittyy. Heikki Hyyti, Aalto-yliopisto

Puun kasvu ja runkomuodon muutokset

TARKKA METSÄVARATIETO LISÄÄ SUUNNITTELUN JA TOTEUTUKSEN TEHOKKUUTTA

Satelliittipaikannuksen tarkkuus hakkuukoneessa. Timo Melkas Mika Salmi Jarmo Hämäläinen

Maanmittauslaitoksen ilmakuva- ja laserkeilausaineistot ktjkii-päivä

Metsätuhoihin liittyvät riskit, kuten kuivuus-, lumi-,

Projektin loppuraportti. Lajirikkauskartta Lilli Linkola, Open Knowledge Finland ry,

LENTOKONEESTA TEHDYN LASERKEILAUKSEN KÄYTÖSTÄ GEOLOGISESSA TUTKIMUKSESSA JA KAIVOSSUUNNITTELUSSA. Kaivosseminaari , Kokkola. J.

MS-C2103 Koesuunnittelu ja tilastolliset mallit (5 op)

Hakkuualueen rajan muodostus hakkuukoneen sijaintitietoon perustuen

Laskennallinen menetelmä puun biomassan ja oksien kokojakauman määrittämiseen laserkeilausdatasta

VMI kasvututkimuksen haasteita

Maanmittauslaitoksen laserkeilaustoiminta - uusi valtakunnallinen korkeusmalli laserkeilaamalla

Menetelmäkuvaus ja laadunvarmistus

4.3. Matemaattinen induktio

Ilmaisia ohjelmia laserkeilausaineistojen käsittelyyn. Laserkeilaus- ja korkeusmalliseminaari Jakob Ventin, Aalto-yliopisto

MS-C2103 Koesuunnittelu ja tilastolliset mallit (5 op)

Ilkka-hanke: Eri maankäyttömuotojen vaikutus kaupunkien hiilitaseeseen

Olosuhdetieto. Metsäntutkimuksen ja päätöksenteon apuna. Metsäteho Timo Tokola. UEF // University of Eastern Finland

Tuuli- lumituhojen ennakointi. Suomen metsäkeskus, Pohjois-Pohjanmaa Julkiset palvelut K. Maaranto

SIMO-seminaari Helsinki

Kaukokartoituspohjainen metsien inventointi Suomessa - mitä tästä eteenpäin? Petteri Packalen

Kaukokartoitusaineistot ja maanpeite

Luento 10: Optinen 3-D mittaus ja laserkeilaus

Jani Heikkilä, Myyntijohtaja, Bitcomp Oy. Kantoon -sovellus ja muut metsänomistajan palvelut

ERI-IKÄISRAKENTEISEN METSÄN KASVATUKSEN TALOUS

Tekoäly ja koneoppiminen metsävaratiedon apuna

Metsän hinta Suomessa v kauppahintatutkimuksen tulokset. Maanmittauspäivät Esa Ärölä

Katkonnanohjaus evoluutiolaskennan keinoin

Metsien kaukokartoitus ja lentokonekeilaus Osio 2

Metsien raaka-aineiden yhteistuotannon edut

Tukkiröntgendata sahapuun ohjauksessa

Ennustamisen ja Optimoinnin mahdollisuudet

Aki Taanila AIKASARJAENNUSTAMINEN

Harjoituksessa tarkastellaan miten vapaa-ajan liikunta on yhteydessä..

Eri maankäyttömuotojen aiheuttaman vesistökuormituksen arviointi. Samuli Launiainen ja Leena Finér, Metsäntutkimuslaitos

PUUSTOBIOMASSAN ENNUSTAMINEN HARVAPULSSISELLA LENTOLASERKEILAUSAINEISTOLLA

Kaupunkimallit. Tilanne Vantaalla. Kimmo Junttila Sami Rapo

Kandidaatintutkielman aineistonhankinta ja analyysi

METSÄSUUNNITTELU YKSITYISMETSISSÄ

Algoritmi III Vierekkäisten kuvioiden käsittely. Metsätehon tuloskalvosarja 7a/2018 LIITE 3 Timo Melkas Kirsi Riekki Metsäteho Oy

TUTKIMUSAINEISTON ANALYYSI. LTKY012 Timo Törmäkangas

xi = yi = 586 Korrelaatiokerroin r: SS xy = x i y i ( x i ) ( y i )/n = SS xx = x 2 i ( x i ) 2 /n =

Muutostunnistus ilmakuvilta

VERKOSTOSANEERAUKSEN VAIKUTTAVUUDEN MITTAAMINEN Vesihuolto 2014 päivät, Eeva Luukkanen

Väljennyshakkuu männyn luontaisessa uudistamisessa

1. Hankinnan tausta ja tarkoitus

Jarmo Suomisto / Helsinki Kaupunkisuunnitteluvirasto

Korkeusmallin luonti laserkeilausaineistosta

NUMEERISET ILMAKUVAT TAIMIKON PERKAUSTARPEEN MÄÄRITTÄMISESSÄ

Suomen metsäkeskuksen metsävaratieto ja sen hyödyntäminen

No millaista metsätietoa jj tarvitaan?

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Porolaidunten mallittaminen metsikkötunnusten avulla

Mat Operaatiotutkimuksen projektityöseminaari

ja ilmakuvauksen hankinta

Laserkeilaus uusia mahdollisuuksia ympäristön seurantaan. Pekka Härmä & co Suomen Ympäristökeskus Paikkatietomarkkinat

Zonation Työkalu suojelusuunnitteluun

Koron käyttöperiaate metsikkö- ja metsälötason suunnittelussa: oppikirjanäkökulma

OPINNÄYTETYÖ Henri Turtinen 2013

Transkriptio:

Metsäalueen kuviointi laserkeilausaineiston ja soluautomaatin avulla Taksaattoriklubin vuosikokous 9.4.2019 Eero Viitanen

Taustaa Metsikkökuvio Oliver & Larson: Spatiaalisesti jatkuva joukko puita ja muuta kasvillisuutta, jolla on samanlainen rakenne ja joiden maaperä- ja ilmasto-olosuhteet ovat samankaltaisia Kuvio (compartment) on operationaalinen käsittely-yksikkö Metsikkö (stand) on ekologinen kasviyhdyskunta Perinteisesti kuviointi on tehty manuaalisesti ilmakuvien, maastokartan ja nykyään myös latvusmallin avulla Aikaa vievää suurilla pinta-aloilla Subjektiivista, kuvioinnin lopputulos riippuu kuvioinnin tekijästä Ei välttämättä tuota optimaalista kuviointia minkään tavoitteen kannalta 9.4.2019 2

Laserkeilaus (ALS) Aktiivinen kaukokartoitusmenetelmä, joka perustuu tarkasti kohdistettujen laserpulssien kaikujen havaitsemiseen Voidaan muodostaa kolmiulotteinen pistepilvi latvustosta sekä erilaisia pintamalleja Soveltuu hyvin metsäsovelluksiin Kaikujen korkeusjakauma korreloi vahvasti monien puustotunnusten kanssa Koska kuviot ovat homogeenisia puuston suhteen, myös kuviointi korreloi kaikujen korkeusjakauman kanssa hyvin 9.4.2019 3

Automaattikuviointi Perustunut aikaisemmin ilma- tai satelliittikuviin Ei tarpeeksi hyviä tuloksia operationaaliseen käyttöön sinällään Laserkeilauksen kehityksen myötä ALS-aineistot ovat tuottaneet parempia tuloksia Haasteita: Kuvioiden erottaminen helppoa ihmissilmälle, koneelle vaikeampaa Objektiivinen mittari kuvioinnin laadulle puuttuu Käytettyjä kuvioinnin validointimenetelmiä: Visuaalinen tarkastelu Vertailu referenssikuviointiin Varianssianalyysi tiheän koealaverkoston avulla 9.4.2019 4

Soluautomaatti Matemaattinen malli, joka kuvaa systeemin kehittymistä satunnaisesta alkutilanteesta järjestäytyneeseen rakenteeseen (Wolfram 1983) Koostuu hilasta jossa on soluja Soluilla on arvo (tila) ja määritelty naapurusto Solujen tila muuttuu sääntöjen mukaan, joissa otetaan huomioon naapuruston solut Moore Von Neumann Painotettu Moore Heksahila 9.4.2019 5

Tutkimuksen tavoitteet Kehitettään uusi menetelmä metsän automaattikuviointiin soluautomaatin ja ALS-datan avulla Testataan mitkä ALS-tunnukset sopivat parhaiten kuviointiin Valitaan toimivat parametrit kuviointialgoritmiin Tutkitaan miten pelkästään ALS-hiloihin perustuva menetelmä soveltuu kuvioinnin validointiin 9.4.2019 6

Aineisto Kiihtelysvaaran tutkimusalue Kuviointia varten: Tiheä ALS-pisteaineisto (12 pulssia/m²) Keilattu kesäkuussa 2009 Manuaalinen referenssikuviointi Huom: ei edusta oikeaa kuviointia 9.4.2019 7

Menetelmät Optimointiparametrien valinta kokeilemalla Kuvioinnissa käytettävät tunnukset valittiin lähtötasojen visuaalisella tarkastelulla ja tunnusten välisten korrelaatioiden minimoinnilla Alkuratkaisu: säännölliset 100 m x 100 m neliöt 9.4.2019 8

Kuviointialgoritmi Muodostetaan metsäalueelle kuviointi seuraavilla periaatteilla: Kuvioiden oltava homogeenisia Kuvioiden oltava yhtenäisiä Kuviokoko oltava riittävän suuri Yksittäisen solun siirtyminen segmentistä toiseen säädellään yleisen hyötyfunktion avulla Kolme osahyötyä: Solun ja segmentin samankaltaisuus Segmentin naapuriosuus Segmentin koko Osahyötyjen painotus muuttuu kuvioinnin edetessä painofunktion mukaan Iteroidaan kuviointialgoritmia 200 kierrosta 9.4.2019 9

Segmenttien labelointi ja yhdistäminen Kuvioinnin edetessä segmentit pirstoutuvat moniosaisiksi Erotetaan erilliset osat omiksi segmenteikseen CCL-algoritmilla Liian pieniä tai samankaltaisia segmenttejä muodostuu Yhdistetään segmentit samankaltaisimpaan naapurisegmenttiin 9.4.2019 10

Kuvioinnin validointi Visuaalinen arviointi Kuvioiden homogeenisuuden arviointi varianssianalyysillä Tiheän koealaverkoston sijasta perustuu laserkeilaushiloihin Lasketaan selitysaste R² jokaiselle hilatasolle Kuinka suuri osa muuttujatasojen arvojen vaihtelusta selittyy kuvioinnilla? Lasketaan selitysasteen suhteellinen muutos verrattuna lähtötilanteeseen Kuinka paljon kuviointi on parantanut kuvioiden homogeenisuutta? 9.4.2019 11

Tuloksia Valitut ALS-muuttujatasot: Hajonta: hajonta (AAD) päällimmäisten kaikujen korkeuksista Keskiarvo: keskiarvo pohjimmaisten kaikujen korkeuksista Intensiteetti: intensiteetin 20. persentiili pohjimmaisista kaiuista 9.4.2019 12

Optimointi Testattiin eri tekijöiden vaikutuksia: Muuttujat Naapuruston tyyppi Hilan solukoko Hilan suodattaminen Optimointi OPT_REF OPT_VAR OPT_AVG OPT_INT OPT_NEU OPT_MOO OPT_4M OPT_6M OPT_FILT Kuvaus Perusoptimointi Optimointi hajontatasolla Optimointi keskiarvotasolla Optimointi intensiteettitasolla Optimointi von Neumannin naapurustolla Optimointi Mooren naapurustolla Optimointi 4 m hilalla Optimointi 6 m hilalla Optimointi suodatetulla 2 m hilalla 9.4.2019 13

Manuaalinen kuviointi 9.4.2019 14

Kuviointi Kuvioiden keskikoko, ha Hajonnan R² Keskiarvon R² Intensiteetin R² Selitysasteiden keskiarvo Manuaalinen kuviointi 1,91 0,35 0,29 0,36 0,33 Alkuratkaisu 0,80 0,25 0,20 0,26 0,24 Soluautomaatti R²abs R²rel R²abs R²rel R²abs R²rel R²abs R²rel OPT_REF 1,60 0,38 52,0 0,31 55,0 0,40 53,8 0,36 52,8 OPT_VAR 2,01 0,40 60,0 0,26 30,0 0,33 26,9 0,33 38,9 OPT_AVG 2,64 0,28 12,0 0,30 50,0 0,32 23,1 0,30 26,4 OPT_INT 2,61 0,27 8,0 0,25 25,0 0,40 53,8 0,31 29,2 OPT_NEU 1,70 0,39 56,0 0,32 60,0 0,42 61,5 0,38 58,3 OPT_MOO 1,80 0,38 52,0 0,31 55,0 0,40 53,8 0,36 52,8 OPT_4M 1,81 0,36 44,0 0,30 50,0 0,37 42,3 0,34 44,4 OPT_6M 1,84 0,35 40,0 0,29 45,0 0,36 38,5 0,33 40,3 OPT_FILT 1,65 0,38 52,0 0,32 60,0 0,41 57,7 0,37 55,6 9.4.2019 15

Kuvioinnin kehittyminen 9.4.2019 16

9.4.2019 17

Johtopäätöksiä Soluautomaatti- ja laserkeilauspohjainen menetelmä soveltuu automaattikuviointiin Parhaat tulokset käyttäen kaikkia kolmea lähtötasoa, von Neumannin naapurustoa ja 2 metrin solukokoa Manuaalinen kuviointi oli visuaalisesti automaattikuviointeja parempi, mutta heikompi kuvioiden homogeenisuuden suhteen Korkeimmat selitysasteet intensiteettitasolta ja pienimmät keskiarvotasolta Kuvioinnin ALS-pohjainen validointimenetelmä tuotti loogisia tuloksia 9.4.2019 18

Menetelmän kehittäminen Parametrien ja ALS-tunnusten valinnan parantaminen Kuvioiden tavoitekoko Nyt tavoitteena oli muodostaa suoraan operationaalisia kuvioita Toinen vaihtoehto muodostaa pienempiä mikrokuvioita ja yhdistää nämä spatiaalisella optimoinnilla käsittelyjä varten Latvussegmentit tai heksahila optimoinnin lähtökohtana Kuvioinnin validointi ALS-aineistosta ennustetulta puustotunnushilalta Kuvioinnin optimointi haluttujen tavoitteiden (esim. NPV maksimointi) pohjalta 9.4.2019 19

Kiitos! uef.fi